El reactor avanzado refrigerado por gas ( AGR ) es un tipo de reactor nuclear diseñado y operado en el Reino Unido. Se trata de la segunda generación de reactores británicos refrigerados por gas , que utilizan grafito como moderador de neutrones y dióxido de carbono como refrigerante. Han sido la columna vertebral de la flota de generación de energía nuclear del Reino Unido desde la década de 1980.
El AGR se desarrolló a partir del reactor Magnox , el diseño de reactor de primera generación del Reino Unido. El primer diseño de Magnox había sido optimizado para generar plutonio , [1] y por esta razón tenía características que no eran las más económicas para la generación de energía. El principal de ellos era el requisito de funcionar con uranio natural , que requería un refrigerante con una sección transversal de neutrones baja , en este caso dióxido de carbono , y un moderador de neutrones eficiente , grafito . El diseño de Magnox también ejecutó temperaturas de gas relativamente frías en comparación con otros diseños de producción de energía, lo que resultó en condiciones de vapor menos eficientes.
El diseño AGR retuvo el moderador de grafito y el refrigerante de dióxido de carbono del Magnox, pero aumentó la temperatura de funcionamiento del gas de enfriamiento para mejorar las condiciones del vapor. Estos se hicieron idénticos a los de una planta de carbón, lo que permite utilizar el mismo diseño de turbinas y equipos de generación. Durante las etapas iniciales de diseño, se consideró necesario cambiar el revestimiento de combustible de berilio a acero inoxidable . Sin embargo, el acero tiene una sección transversal de neutrones más alta y este cambio requirió el uso de combustible de uranio enriquecido para compensar. Este cambio resultó en un mayor consumo de 18.000 MW t- días por tonelada de combustible, requiriendo un reabastecimiento de combustible menos frecuente.
El prototipo de AGR entró en funcionamiento en Windscale en 1962, [2] pero el primer AGR comercial no se puso en funcionamiento hasta 1976. Se construyeron un total de catorce reactores AGR en seis sitios entre 1976 y 1988. Todos ellos están configurados con dos reactores en un solo edificio, y cada reactor tiene una potencia térmica de diseño de 1.500 MW t impulsando un conjunto de turbina-alternador de 660 MW e . Las diversas estaciones AGR producen salidas en el rango de 555 MWe a 670 MWe, aunque algunas funcionan a una salida inferior a la de diseño debido a restricciones operativas. [3]
Diseño AGR
El AGR se diseñó de manera que las condiciones finales de vapor en la válvula de cierre de la caldera fueran idénticas a las de las centrales eléctricas convencionales de carbón, por lo que se podría utilizar el mismo diseño de la planta turbogeneradora. La temperatura media del refrigerante caliente que sale del núcleo del reactor se diseñó para que fuera de 648 ° C. Con el fin de obtener estas altas temperaturas, y aún así asegurar la vida útil del núcleo de grafito (el grafito se oxida fácilmente en CO 2 a alta temperatura), se utiliza un flujo reentrante de refrigerante a la temperatura inferior de salida de la caldera de 278 ° C para enfriar el grafito, asegurando que las temperaturas del núcleo de grafito no varían demasiado de las que se ven en una estación Magnox . La temperatura y la presión de salida del sobrecalentador se diseñaron para ser de 2.485 psi (170 bar) y 543 ° C.
El combustible son pastillas de dióxido de uranio , enriquecidas al 2,5-3,5%, en tubos de acero inoxidable. El concepto de diseño original del AGR era utilizar un revestimiento a base de berilio . Cuando esto resultó inadecuado debido a una fractura frágil, [4] se elevó el nivel de enriquecimiento del combustible para permitir las mayores pérdidas por captura de neutrones del revestimiento de acero inoxidable . Esto aumentó significativamente el costo de la energía producida por un AGR. El refrigerante de dióxido de carbono circula a través del núcleo, alcanzando 640 ° C (1,184 ° F) y una presión de alrededor de 40 bar (580 psi), y luego pasa a través de ensamblajes de caldera (generador de vapor) fuera del núcleo pero aún dentro del revestimiento de acero. , recipiente a presión de hormigón armado. Las barras de control penetran en el moderador de grafito y un sistema secundario implica inyectar nitrógeno en el refrigerante para absorber neutrones térmicos para detener el proceso de fisión si las barras de control no logran ingresar al núcleo. Se incluye un sistema de apagado terciario que opera inyectando perlas de boro en el reactor en caso de que el reactor tenga que ser despresurizado con una cantidad insuficiente de barras de control bajadas. Esto significaría que no se puede mantener la presión de nitrógeno. [5] [6]
El AGR fue diseñado para tener una alta eficiencia térmica (proporción de electricidad generada / calor generado) de alrededor del 41%, que es mejor que los reactores de agua presurizada modernos que tienen una eficiencia térmica típica del 34%. [7] Esto se debe a la mayor temperatura de salida del refrigerante de aproximadamente 640 ° C (1,184 ° F) práctica con enfriamiento por gas, en comparación con aproximadamente 325 ° C (617 ° F) para los PWR. Sin embargo, el núcleo del reactor tiene que ser más grande para la misma potencia de salida, y la relación de quemado de combustible en la descarga es menor, por lo que el combustible se usa de manera menos eficiente, contrarrestando la ventaja de la eficiencia térmica . [8]
Al igual que los reactores Magnox, CANDU y RBMK , y a diferencia de los reactores de agua ligera , los AGR están diseñados para reabastecerse de combustible sin tener que apagarlos primero (consulte Reabastecimiento de combustible en línea ). Este reabastecimiento de combustible en carga fue una parte importante del caso económico para elegir el AGR sobre otros tipos de reactores, y en 1965 permitió a la Junta Central de Generación de Electricidad (CEGB) y al gobierno afirmar que el AGR produciría electricidad más barata que el mejor carbón. - Centrales eléctricas. Sin embargo, los problemas de vibración del conjunto de combustible surgieron durante el reabastecimiento de combustible con carga a plena potencia, por lo que en 1988 se suspendió el reabastecimiento de combustible a plena potencia hasta mediados de la década de 1990, cuando más pruebas llevaron a que una barra de combustible se atascara en el núcleo del reactor. En los AGR solo se realiza ahora el reabastecimiento de combustible a carga parcial o cuando se apaga. [9]
El recipiente a presión de hormigón pretensado contiene el núcleo del reactor y las calderas. Para minimizar el número de penetraciones en el recipiente (y así reducir el número de posibles puntos de ruptura), las calderas tienen un diseño de paso único en el que toda la ebullición y el sobrecalentamiento se llevan a cabo dentro de los tubos de la caldera. Esto requiere el uso de agua ultrapura para minimizar la acumulación de sales en el evaporador y los subsiguientes problemas de corrosión.
El AGR estaba destinado a ser una alternativa británica superior a los diseños de reactores de agua ligera estadounidenses. Se promovió como un desarrollo del diseño Magnox operacional (si no económicamente) exitoso, y se eligió entre una multitud de alternativas británicas competidoras: el reactor de muy alta temperatura refrigerado por helio , el reactor de agua pesada generadora de vapor y el reactor reproductor rápido. - así como los reactores estadounidenses de agua ligera presurizada y de agua hirviendo (PWR y BWR) y los diseños canadienses CANDU. El CEGB realizó una evaluación económica detallada de los diseños en competencia y concluyó que el AGR propuesto para Dungeness B generaría la electricidad más barata, más barata que cualquiera de los diseños rivales y las mejores estaciones de carbón.
Historia
Había grandes esperanzas para el diseño de AGR. [10] Se implementó rápidamente un ambicioso programa de construcción de cinco estaciones de reactores gemelos, Dungeness B , Hinkley Point B , Hunterston B , Hartlepool y Heysham , y se anticiparon con impaciencia los pedidos de exportación. Sin embargo, el diseño de AGR resultó ser demasiado complejo y difícil de construir en el sitio. Las relaciones laborales notoriamente malas en ese momento se sumaron a los problemas. La estación principal, Dungeness B, se ordenó en 1965 con una fecha prevista de finalización de 1970. Después de problemas con casi todos los aspectos del diseño del reactor, finalmente comenzó a generar electricidad en 1983, 13 años después. [10] Los siguientes diseños de reactores en Hinkley Point y Hunterston mejoraron significativamente el diseño original y, de hecho, se encargaron antes que Dungeness. El siguiente diseño de AGR en Heysham 1 y Hartlepool buscó reducir el costo general del diseño al reducir el espacio ocupado por la estación y la cantidad de sistemas auxiliares. Los dos últimos AGR en Torness y Heysham 2 volvieron a tener un diseño Hinkley modificado y han demostrado ser los más exitosos de la flota. [11] El ex asesor económico del Tesoro, David Henderson , describió el programa AGR como uno de los dos errores de proyectos patrocinados por el gobierno británico más costosos, junto con Concorde . [12]
Cuando el gobierno comenzó a privatizar la industria de generación de electricidad en la década de 1980, un análisis de costos para posibles inversores reveló que los verdaderos costos operativos se habían ocultado durante muchos años. Los costos de desmantelamiento en especial se habían subestimado significativamente. Estas incertidumbres hicieron que la energía nucleoeléctrica se omitiera de la privatización en ese momento. [10]
El prototipo de pequeña escala AGR en Sellafield (Windscale) se ha dado de baja a partir de 2010 - el núcleo y el recipiente de presión se retiraron del servicio dejando solo el edificio "Golf Ball" visible. Este proyecto también fue un estudio de lo que se requiere para desmantelar un reactor nuclear de manera segura.
En octubre de 2016 se anunció que se instalarían barras de control súper articuladas en Hunterston B y Hinkley Point B debido a preocupaciones sobre la estabilidad de los núcleos de grafito de los reactores . La Oficina de Regulación Nuclear (ONR) había expresado su preocupación por la cantidad de fracturas en los chaveteros que unen los ladrillos de grafito en el núcleo. Un evento inusual, como un terremoto, podría desestabilizar el grafito de modo que no se puedan insertar las barras de control ordinarias que apagan el reactor. Las barras de control súper articuladas deben poder insertarse incluso en un núcleo desestabilizado. [13] A principios de 2018, se observó una tasa ligeramente mayor de nuevas grietas en la raíz del chavetero que la modelada en Hunterston B Reactor 3 durante una interrupción programada, y EDF anunció en mayo de 2018 que la interrupción se extendería para una mayor investigación, análisis y modelado. [14]
En 2018, las inspecciones ordenadas por la ONR en Dungeness B mostraron que las restricciones sísmicas, las tuberías y los recipientes de almacenamiento estaban "corroídos a una condición inaceptable", y ese habría sido el estado cuando el reactor estaba en funcionamiento. La ONR clasificó esto como un incidente de nivel 2 en la Escala Internacional de Eventos Nucleares . [15]
Reactores AGR actuales
Al 22 de mayo de 2010[actualizar], hay siete centrales nucleares, cada una con dos AGR en funcionamiento en el Reino Unido, [16] propiedad de EDF Energy y gestionada por ella :
Poder AGR estación | MWe neto | Comenzó la construcción | Conectado a la red | Operación comercial | Fecha de cierre contable |
---|---|---|---|---|---|
Dungeness B | 1110 | 1965 | 1983 | 1985 | 2028 |
Hartlepool | 1210 | 1968 | 1989 | 2024 | |
Heysham 1 | 1150 | 1970 | |||
Heysham 2 | 1250 | 1980 | 1988 | 2030 | |
Hinkley Point B | 1220 | 1967 | 1976 | Julio 2022 | |
Hunterston B | 1190 | 2022 enero | |||
Torness | 1250 | 1980 | 1988 | 2030 |
En 2005, British Energy anunció una extensión de la vida útil de 10 años en Dungeness B, que hará que la estación continúe operando hasta 2018, [17] y en 2007 anunció una extensión de la vida útil de 5 años de Hinkley Point B y Hunterston B hasta 2016. [18 ] Las extensiones de vida en otros AGR se considerarán al menos tres años antes de las fechas de cierre programadas.
Desde 2006, Hinkley Point B y Hunterston B se han restringido a aproximadamente el 70% de la producción normal de MWe debido a problemas relacionados con la caldera que requieren que operen a temperaturas de caldera reducidas. [18] En 2013, la potencia de estas dos estaciones aumentó a aproximadamente el 80% de la producción normal tras algunas modificaciones de la planta. [19]
En 2006 AGR fueron noticia cuando los documentos fueron obtenidos bajo el Freedom of Information Act 2000 por The Guardian , que afirmó que British Energy no eran conscientes de la magnitud del agrietamiento de ladrillos de grafito en los núcleos de sus reactores. También se afirmó que British Energy no sabía por qué se había producido el agrietamiento y que no podían monitorear los núcleos sin antes apagar los reactores. Más tarde, British Energy emitió un comunicado confirmando que el agrietamiento de los ladrillos de grafito es un síntoma conocido de un bombardeo de neutrones extenso y que estaban trabajando en una solución al problema de monitoreo. Asimismo, afirmaron que los reactores eran examinados cada tres años como parte de "cortes reglamentarios". [20]
El 17 de diciembre de 2010, EDF Energy anunció una extensión de la vida útil de 5 años tanto para Heysham 1 como para Hartlepool para permitir una nueva generación hasta 2019. [21]
En febrero de 2012, EDF anunció que esperaba extensiones de vida de 7 años en promedio en todos los AGR, incluidos Heysham 1 y Hartlepool, recientemente extendidos. Estas extensiones de vida están sujetas a revisión y aprobación detalladas y no se incluyen en la tabla anterior. [22] [23]
El 4 de diciembre de 2012, EDF anunció que Hinkley Point B y Hunterston B habían recibido prórrogas de vida de 7 años, de 2016 a 2023. [24]
El 5 de noviembre de 2013, EDF anunció que se había concedido a Hartlepool una prórroga de la vida útil de 5 años, de 2019 a 2024. [25]
En 2013 se encontró un defecto mediante una inspección periódica en una de las ocho calderas de cápsulas del reactor A1 de Heysham. El reactor reanudó su funcionamiento a un nivel de salida más bajo con esta caldera de cápsulas desactivada, hasta junio de 2014, cuando inspecciones más detalladas confirmaron una grieta en la columna vertebral de la caldera. Como medida de precaución, Heysham A2 y la estación hermana de Hartlepool también fueron cerradas para una inspección de ocho semanas. [26] [27]
En octubre de 2014, se encontró un nuevo tipo de grieta en los ladrillos moderadores de grafito en el reactor Hunterston B. Esta grieta de la raíz del chavetero se ha teorizado previamente, pero no se ha observado. La existencia de este tipo de grietas no afecta inmediatamente la seguridad de un reactor; sin embargo, si el número de grietas excede un umbral, el reactor sería desmantelado, ya que las grietas no se pueden reparar. [28] [29]
En enero de 2015, Dungeness B recibió una extensión de vida de diez años, con una actualización de los sistemas informáticos de la sala de control y mejores defensas contra inundaciones, lo que llevó la fecha de cierre contable a 2028. [30]
En febrero de 2016, EDF amplió la vida útil de cuatro de sus ocho centrales nucleares en el Reino Unido. Heysham 1 y Hartlepool tuvieron su vida extendida por cinco años hasta 2024, mientras que Heysham 2 y Torness tuvieron sus fechas de cierre retrasadas siete años hasta 2030. [31]
Ver también
- Lista de reactores nucleares
- Energía nuclear en el Reino Unido
Referencias
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enlaces externos
- Diseño general y principios del reactor avanzado refrigerado por gas (AGR) , base de conocimientos de grafito nuclear del OIEA
- Reactores avanzados refrigerados por gas : documento de conferencia del OIEA , septiembre de 1980
- Proyecto WAGR : desmantelamiento de Windscale AGR
- Fechas de cierre estimadas de AGR , columna WA232 de Hansard de la Cámara de los Lores , 24 de febrero de 2005
- Revisión de los problemas centrales de Graphite en Hinkley Point B y otros AGR , Large & Associates (ingenieros consultores) para Greenpeace
- British Energy's bifurcation blues , Nuclear Engineering International, 22 de noviembre de 2006
- Cuenta de la visita de Torness AGR , Charlie Stross